Обработка

Обработка — это производственный процесс, в котором желаемая форма или деталь создается с помощью контролируемого удаления материала, чаще всего металла, из более крупного куска сырья путем резки. Обработка — это форма субтрактивного производства , ^[1] в котором используются станки , в отличие от аддитивного производства (например, 3D-печати ), в котором используется контролируемое добавление материала.

Механическая обработка является основным процессом производства многих металлических изделий , но она также может использоваться для других материалов, таких как дерево , пластик , керамика и композиты . ^[2] Человек, который специализируется на механической обработке, называется машинистом . Как коммерческое предприятие, механическая обработка обычно выполняется в механическом цехе , который состоит из одного или нескольких рабочих помещений, содержащих основные станки. Хотя механический цех может быть автономным предприятием, многие предприятия содержат внутренние механические цеха или инструментальные помещения, которые поддерживают их специализированные потребности. Большая часть современной механической обработки использует числовое программное управление (ЧПУ), в котором компьютеры управляют движением и работой мельниц , токарных станков и других режущих машин.

Точное значение термина «обработка» изменилось за последние полтора столетия, поскольку технологии продвинулись в нескольких направлениях. В 18 веке слово «машинист» означало человека, который строил или ремонтировал машины . Работа этого человека в основном выполнялась вручную, с использованием таких процессов, как резьба по дереву , ковка и ручная опиловка металла. В то время слесари и строители новых видов двигателей (имея в виду, более или менее, машины любого вида), такие как Джеймс Уатт или Джон Уилкинсон , соответствовали определению. Существительное «станок» и глагол « обрабатывать» ( обрабатывать, обрабатывать ) еще не существовали. ^{[ требуется цитата ]}

Примерно в середине 20-го века последние слова были придуманы, поскольку концепции, которые они описывали, получили широкое распространение. Таким образом, в эпоху машин обработка относилась к (то, что мы сегодня могли бы назвать) «традиционным» процессам обработки, таким как точение , расточка , сверление , фрезерование , протягивание , распиливание , формование , строгание , абразивная резка , развертывание и нарезание резьбы . ^[3] В этих «традиционных» или «обычных» процессах обработки станки , такие как токарные станки , фрезерные станки , сверлильные станки или другие, используются с острым режущим инструментом для удаления материала с целью достижения желаемой геометрии. ^[4]

С появлением новых технологий в эпоху после Второй мировой войны, таких как электроэрозионная обработка , электрохимическая обработка , электронно-лучевая обработка , фотохимическая обработка и ультразвуковая обработка , ретроним «обычная обработка» может использоваться для различения этих классических технологий от более новых. В настоящее время «обработка» без квалификации обычно подразумевает традиционные процессы обработки.

В десятилетия 2000-х и 2010-х годов, когда аддитивное производство (AM) вышло за рамки своих ранних лабораторных и быстрых прототипных контекстов и стало стандартным на всех этапах производства, термин субтрактивное производство стал общепринятым ретронимом в логическом контрасте с AM, охватывая по сути любые процессы удаления, также ранее охватываемые термином machining . Эти два термина фактически являются синонимами , хотя давно устоявшееся использование термина machining продолжается. Это сопоставимо с идеей о том, что глагольное значение контакта развилось из-за распространения способов связи с кем-либо (телефон, электронная почта, IM, SMS и т. д.), но не полностью заменило более ранние термины, такие как call , talk to или write to . ^{[ требуется цитата ]}

Обработка — это любой процесс, в котором режущий инструмент удаляет материал с заготовки (заготовку часто называют «обработкой»). Относительное движение требуется при традиционной обработке между устройством и заготовкой для удаления материала; нетрадиционные процессы обработки используют другие методы удаления материала, такие как электрический ток в EDM (электроэрозионная обработка). Это относительное движение достигается в большинстве операций обработки путем перемещения (боковым вращательным или боковым движением) либо инструмента, либо заготовки. Форма инструмента, относительное движение и его проникновение в заготовку создают желаемую форму результирующей рабочей поверхности.

Операции по обработке можно разделить на традиционные и нетрадиционные. В рамках традиционных операций существует две категории обработки в зависимости от формы, которую они обрабатывают: круговые формы, включающие точение, расточку, сверление, развертывание, нарезание резьбы и многое другое, и различные/прямые формы, включающие фрезерование, протягивание, пиление, шлифование и формование.

Режущий инструмент имеет одну или несколько острых режущих кромок и изготовлен из более твердого материала, чем обрабатываемый материал. Режущая кромка служит для отделения стружки от исходного обрабатываемого материала. С режущей кромкой соединены две поверхности инструмента:

• Передняя поверхность; и
• Фланг.

Передняя поверхность, которая направляет поток вновь образованной стружки, ориентирована под определенным углом и называется передним углом «α». Он измеряется относительно плоскости, перпендикулярной рабочей поверхности. Передний угол может быть положительным или отрицательным. Боковая поверхность инструмента обеспечивает зазор между инструментом и вновь образованной рабочей поверхностью, тем самым защищая поверхность от истирания, которое может ухудшить качество обработки. Этот угол между рабочей и боковой поверхностями называется задним углом. Существует два основных типа режущих инструментов:

• Одноточечный инструмент; и
• Многофункциональный режущий инструмент

Одноточечный инструмент имеет одну режущую кромку для токарной обработки, расточки и строгания. Во время обработки острие инструмента проникает ниже исходной рабочей поверхности обрабатываемой детали. Факт иногда округляется до определенного радиуса, называемого радиусом носа.

Многолезвийные инструменты имеют более одной режущей кромки и обычно достигают своего движения относительно обрабатываемой детали путем вращения. Сверление и фрезерование используют токарные многолезвийные инструменты. Хотя формы этих инструментов отличаются от одноточечного устройства, многие элементы геометрии инструмента схожи.

• Токарные операции включают в себя вращение внешней части заготовки против невращающегося режущего инструмента, который перемещается в заготовку. Вращение заготовки является методом создания относительного движения против инструмента. Токарные станки являются основным станочным инструментом, используемым при токарной обработке.
• Расточка представляет собой обработку внутренней поверхности отверстия для увеличения его диаметра. Это можно выполнить либо путем обточки заготовки на токарном станке (также называемом внутренней обточкой), либо на фрезерном станке, где инструмент вращается по окружности отверстия.
• Сверлильные операции — это операции, при которых отверстия производятся или обрабатываются путем подачи вращающегося режущего инструмента (часто с использованием сверла) с режущими кромками на нижней поверхности и кромке, который вводится в осевой контакт с заготовкой. Сверлильные операции могут выполняться на токарном станке, фрезерном станке или сверлильном станке или даже вручную.
• Нарезание резьбы или врезание резьбы подразумевает нарезание определенной спирали ( резьбы ) в отверстии (нарезание резьбы или врезание резьбы) или на валу (резьбонарезание) с постоянным шагом и особой геометрией, предназначенной для приема противоположной резьбы и объекта во вращательном движении для скрепления элементов вместе (например, гайки и болта).

• Распиловка направлена ​​на создание меньших отрезков пруткового материала с помощью пилы или отрезного станка, который проводит вращающееся (циркулярная пила) или линейное (ленточная пила) зубчатое полотно по материалу, чтобы сделать пропил (толщину) материала, пока он не будет разрезан надвое. В зависимости от материала может потребоваться определенная скорость полотна (в метрах в минуту или футах в минуту), измеряемая как линейная скорость зубьев, между 200 и 1000 футов в минуту.
• Фрезерные операции — это операции, при которых режущий инструмент с режущими кромками вдоль его цилиндрической поверхности подводится к заготовке для удаления материала в профиле вала вращающегося инструмента и нижней кромки. ^[5] Фрезерные станки являются основными станками, используемыми при фрезеровании. Современные станки с ЧПУ могут совмещать токарные и фрезерные операции.

• Протяжка может относиться к двум операциям: линейной протяжке, где многозубчатый инструмент продавливается через отверстие, чтобы вырезать нужную форму (например, шлицевую, квадратную или шестигранную форму) или вдоль поверхности, делая все более крупные разрезы увеличивающимися по размеру зубьями протяжки; или вращательной протяжке, где вытянутый инструмент вращается в специальном держателе инструмента, который качает инструмент вокруг и смещает ось, инструмент и заготовку и соединяются вместе во время обработки, чтобы вырезать нужную форму. При выполнении на токарном станке заготовка и режущий инструмент вращаются вместе, в то время как держатель инструмента остается неподвижным в задней бабке; при фрезеровании режущий инструмент останавливается, как только соприкоснется с заготовкой, только качаясь вокруг смещенной оси, при этом держатель инструмента вращается во фрезе.
• Операции формовки — это те, которые удаляют материал с заготовки посредством линейного движения невращающегося режущего инструмента, который проталкивается вдоль поверхности заготовки и предназначен для резки плоской геометрии. Формовщик часто использует инструмент из быстрорежущей стали, похожий по форме и геометрии на токарный инструмент. Формовка похожа на точение, по линейной оси, а не по круговой. Операции формовки выполняются с помощью станка Shaper, который движется вперед и назад, но режет только в одном направлении. Для подъема инструмента над заготовкой, чтобы он мог двигаться назад, используется ящик-хлопушка.
• Операции шлифования подразумевают прохождение быстро движущегося/вращающегося абразивного материала, например, камня, оксида алюминия или алмаза, по заготовке для удаления материала путем его сошлифовывания с использованием абразивной поверхности инструмента.

• Плазменная обработка
• Гидроабразивная обработка подразумевает резку заготовки с помощью струи воды (обычно также с абразивным материалом, например, гранатом) для резки по всей толщине заготовки. Гидроабразивный резак может быть двухкоординатным для создания двухмерных форм или пятикоординатным для создания практически любой трехмерной формы.
• Операции электроэрозионной обработки (EDM) включают удаление материала с заготовки с помощью электрически заряженного металлического стержня или проволоки (проволочная EDM), которая испаряет материал с заготовки. Это может использоваться для обработки отверстий или вырезания определенной формы из другой заготовки. Преимущество EDM заключается в том, что она может иметь очень маленький пропил , а проволоку можно пропускать через целое, что позволяет вырезать сложные формы из заготовки, не прорезая край заготовки, что позволяет машине идеально подходить друг к другу.

Незаконченная заготовка, требующая обработки, должна иметь срезанный материал для создания готового продукта. Готовым продуктом будет заготовка, которая соответствует спецификациям, установленным для этой заготовки инженерными чертежами или чертежами . Например, заготовка может требовать определенного внешнего диаметра. Токарный станок — это станок, который может создавать этот диаметр путем вращения металлической заготовки так, чтобы режущий инструмент мог срезать металл, создавая гладкую круглую поверхность, соответствующую требуемому диаметру и отделке поверхности. Сверло может удалять металл в форме цилиндрического отверстия. Другими инструментами, которые могут использоваться для удаления металла, являются фрезерные станки, пилы и шлифовальные станки . Многие из этих же методов используются в деревообработке .

Обработка требует внимания ко многим деталям, чтобы заготовка соответствовала спецификациям в инженерных чертежах или чертежах. Помимо очевидных проблем, связанных с правильными размерами, существует проблема достижения правильной отделки или гладкости поверхности заготовки. Низкое качество отделки, обнаруженное на обработанной поверхности заготовки, может быть вызвано неправильным зажимом , тупым инструментом или ненадлежащей презентацией устройства. Часто эта плохая отделка поверхности, известная как дребезжание, проявляется в виде волнообразной или регулярной отделки волн на обработанных поверхностях заготовки.

Для выполнения операции обработки требуется относительное движение между инструментом и заготовкой. Основное действие выполняется с определенной скоростью резания . Кроме того, устройство должно перемещаться в поперечном направлении поперек заготовки. Это гораздо более медленное движение, называемое подачей. Оставшийся размер реза — это проникновение режущего инструмента ниже исходной рабочей поверхности, достигающее глубины реза. Скорость, подача и глубина реза называются условиями резания. ^[6] Они образуют три измерения процесса обработки, и для определенных операций их произведение может использоваться для получения скорости съема материала для процесса:

${\displaystyle {R}_{MR}=vfd\,\!}$

где

• ${\displaystyle {R}_{MR}\,\!}$– скорость съема материала в мм ³ /с , ( в ³ /с ),
• ${\displaystyle v\,\!}$– скорость резания в мм/с , ( дюйм/мин ),
• ${\displaystyle f\,\!}$– подача в мм , ( дюйм ),
• ${\displaystyle d\,\!}$– глубина реза в мм , ( дюйм ).

Примечание: Все единицы измерения должны быть преобразованы в соответствующие десятичные единицы (или единицы USCU ).

Операции механической обработки обычно делятся на две категории, различающиеся по назначению и условиям резания:

• Черновая резка
• Завершение разрезов

Черновые резы используются для максимально быстрого удаления большого количества материала с исходной детали, т. е. со значительной скоростью удаления материала (MRR), для получения формы, близкой к желаемой форме, но с оставлением некоторого количества материала на детали для последующей чистовой операции. Чистовые резы завершают деталь и достигают окончательных размеров, допусков и чистоты поверхности. В производственных работах по обработке обычно выполняется один или несколько черновых резов на детали, за которыми следует один или два чистовых резов. Черновые операции выполняются на высоких подачах и глубинах — типичными являются подачи 0,4–1,25 мм/об (0,015–0,050 дюйма/об) и глубины 2,5–20 мм (0,100–0,750 дюйма), но фактические значения зависят от материалов заготовки. Чистовые операции выполняются с малыми подачами и глубинами — типичными являются скорости 0,0125–0,04 мм/об (0,0005–0,0015 дюйма/об) и глубины 0,75–2,0 мм (0,030–0,075 дюйма). ^{[ необходима цитата ]} Скорости резания при черновой обработке ниже, чем при чистовой.

Смазочно -охлаждающая жидкость часто применяется в процессе обработки для охлаждения и смазки режущего инструмента. Определение того, следует ли использовать смазочно-охлаждающую жидкость, и, если да, то выбор подходящей смазочно-охлаждающей жидкости обычно входит в область условий резания.

Сегодня все большую популярность приобретают другие формы резки металла. Примером этого является водоструйная резка. Водоструйная резка подразумевает использование воды под давлением более 620 МПа (90 000 фунтов на квадратный дюйм) и может резать металл и иметь готовое изделие. Этот процесс называется холодной резкой, которая исключает повреждения, вызванные зоной термического воздействия, в отличие от лазерной и плазменной резки .

С недавним распространением технологий аддитивного производства традиционная механическая обработка была ретронимично классифицирована, в мышлении и языке, как метод субтрактивного производства . В узких контекстах аддитивные и субтрактивные методы могут конкурировать друг с другом. В широком контексте целых отраслей их отношения являются взаимодополняющими. Каждый метод имеет свои преимущества перед другим. Хотя методы аддитивного производства могут производить очень сложные конструкции прототипов, которые невозможно воспроизвести с помощью механической обработки, прочность и выбор материала могут быть ограничены. ^[7]

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Machining" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (November 2019) (Learn how and when to remove this message)

• Альберт, Марк (17.01.2011), «Вычитание плюс сложение равно больше, чем ( - + + = > )», Марк: My Word, Modern Machine Shop , 83 (9), Цинциннати, Огайо, США: Gardner Publications Inc: 14.

• Грувер, Микелл П. (2007), «Теория обработки металлов», Основы современного производства (3-е изд.), John Wiley & Sons, Inc., стр. 491–504, ISBN 978-0-471-74485-6
• Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д.; Макколи, Кристофер Дж.; Хилд, Рикардо М. (2004), Справочник по машиностроению (27-е изд.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.
• «Machine Tool Practices», 6-е издание, RR; Kibbe, JE; Neely, RO; Meyer & WT; White, ISBN 0-13-270232-0 , 2-е издание, авторские права 1999, 1995, 1991, 1987, 1982 и 1979 гг. принадлежат Prentice Hall. 

• www.nmri.go.jp/eng, Элементарные знания по металлообработке
• Видео о механической обработке опубликовано Institut für den Wissenschaftlichen Film. Доступно на AV-портале Национальной библиотеки науки и технологий Германии .